DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno...

43
Sveučilište u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje DIPLOMSKI RAD Martin König Zagreb, 2010.

Transcript of DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno...

Page 1: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Sveučilište u Zagrebu

Fakultet strojarstva i brodogradnje

DIPLOMSKI RAD

Martin König

Zagreb, 2010.

Page 2: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Sveučilište u Zagrebu

Fakultet strojarstva i brodogradnje

DIPLOMSKI RAD

Voditelj rada:

Prof. dr. sc. Zvonko Herold, dipl. ing Martin König

Zagreb, 2010.

Page 3: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Sažetak rada

Vertikalni podizni ureĎaj sa prikladnom strojarnicom rabit će se u procesu čišćenja

cjevovoda hidroelektrane pjeskarenjem radi njegove kontrole i odrţavanja. Vertikalni podizni

ureĎaj kotačima omogućuje sigurno voĎenje stjenkama cjevovoda.

Oblikovan je od kvadratnih profila u kombinaciji zavarene izvedbe te vijčanih spojeva.

Vijčani spojevi su potrebni radi zahtjeva za montaţom i demontaţom u skučenom prostoru te

zahtjevom za manjom masom konstrukcije.

Strojarnica je izvedena od HEA i HEB profila u zavarenoj i vijčanoj izvedbi. U sastavu

strojarnice nalaze se mobilno vitlo tvrtke Tractel, te ručno podizno vitlo M2000 tvrtke Emce

koje omogućuje podizanje, odnosno spuštanje platforme u slučaju nestanka električne

energije.

Page 4: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

IZJAVA

Izjavljujem da sam ovaj diplomski rad izradio samostalno u zadanom vremenskom razdoblju.

Diplomski rad sam izradio na temelju znanja stečenog na Fakultetu strojarstva i brodogradnje,

sluţeći se navedenom literaturom te uz pomoć mentora.

Zahvaljujem se mentoru prof. dr. sc. Zvonku Heroldu na pruţenoj stručnoj pomoći i savjetima

pri izradi ovog diplomskog rada.

TakoĎer, zahvaljujem svojim,roditeljima, kolegama, te prijateljima koji su mi pruţili pomoć i

podršku i trpili me tijekom studiranja i izrade ovog diplomskog rada.

Martin König

Page 5: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Popis fizikalnih veličina

Fizikalna veličina Jedinica Opis

Qk

Qt

Quk

Qs,Fs

Ms

Rm

Rp0,2

h,l

a

Fsm

Τs

W

I

σred

σv

Azav

Aj

f

FL

Fmax

Su

d

D

cp

QL

MA

do

σfDN

N

N

N

N

N/mm

N/mm2

N/mm2

mm

mm

N

N/mm2

mm3

mm4

N/mm2

N/mm2

mm2

mm2

1

N

N

1

mm

mm

1

N

N/mm2

mm

N/mm2

N/mm2

teţina transportnog ureĎaja

ukupna nosivost transportnog ureĎaja

ukupna masa

nosivost jednog stupa

moment savijanja

minimalna čvrstoća na vlak

minimalna granica tečenja

duljina,krak

debljina zavara

smična sila u zavaru

smično naprezanje zavara

moment otrpora

moment tromosti

reducirano naprezanje zavara

vlačno naprezanje

površina zavara

površina presjeka vijka

faktor ispune

računska lomna sila uţeta

maksimalna sila u uţetu

faktor sigurnosti uţeta

promjer uţeta

promjer bubnja

koeficijent pregibanja uţeta

nosivost leţaja

moment na osovini

promjer osovine

dopušteno naprezanje na savijanje

Page 6: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Sadržaj

1 UVOD ...................................................................................................................................................... 1

2 HIDROELEKTRANE ................................................................................................................................... 2

2.1 OSNOVNI DIJELOVI HIDROELEKTRANE ................................................................................................................. 4

3 HIDROELEKTRANA ZAKUČAC ................................................................................................................... 8

4 ČIŠĆENJE CJEVOVODA ........................................................................................................................... 12

5 VERTIKALNI PODIZNI UREĐAJ - ZAHTJEVI .............................................................................................. 13

6 STROJARNICA PODIZNOG UREĐAJA – ZAHTJEVI .................................................................................... 15

7 PRORAČUN............................................................................................................................................ 17

7.1 PRORAČUN VERTIKALNOG PODIZNOG UREĐAJA .................................................................................................. 17

7.1.1 Proračun gornjeg nosača............................................................................................................... 17

7.1.1.1 Proračun vijaka ploče gornjeg polunosača .......................................................................................... 17

7.1.1.2 Proračun zavara na gornjem polunosaču ............................................................................................ 18

7.1.1.3 Proračun nosivih vijaka gornje ploče ................................................................................................... 20

7.1.1.4 Proračun nosivih vijaka konstrukcije ................................................................................................... 21

7.1.2 Proračun vertikalnog nosača ......................................................................................................... 22

7.1.2.1 Proračun vijaka M12 ............................................................................................................................ 22

7.1.2.2 Proračun zavara gornje ploče vertikalnog stupa ................................................................................. 22

7.1.2.3 Proračun zavara donje ploče vertikalnog stupa .................................................................................. 23

7.1.3 Proračun donjeg nosača ................................................................................................................ 24

7.1.3.1 Proračun nosivih vijaka donjeg nosača ................................................................................................ 24

7.1.3.2 Proračun nosive konstrukcije podnice ................................................................................................. 25

7.1.3.3 Sigurnosni uređaji ................................................................................................................................ 26

7.2 PRORAČUN MEHANIZAMA ZA DIZANJE PLATFORME VERTIKALNOG PODIZNOG UREĐAJA ............................................... 27

7.2.1 Dimenzioniranje čelične užadi ....................................................................................................... 27

7.2.2 Izbor užnice .................................................................................................................................... 27

7.2.3 Proračun ležaja užnice ................................................................................................................... 28

7.2.4 Proračun osovine užnice ................................................................................................................ 29

7.2.5 Proračun nosivih profila strojarnice .............................................................................................. 29

7.2.6 Proračun zavara nosivih profila ..................................................................................................... 30

7.2.7 Izbor vitla ....................................................................................................................................... 31

8 ZAKLJUČAK ............................................................................................................................................ 33

9 LITERATURA .......................................................................................................................................... 34

Page 7: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Popis slika

Slika 1 –Poprečni presjek brane Prančevidi ............................................................................................................. 2

Slika 2 - Pogled na branu Prenčevidi i akumulacijsko jezero Prančevidi .................................................................. 8

Slika 3 – Pregledna situacija .................................................................................................................................... 8

Slika 4 - Uzdužni profil postrojenja HE Zakučac....................................................................................................... 9

Slika 5 - Čvor vodne i zasunske komore ................................................................................................................. 10

Slika 6 - Uzdužni presjek vodne i zasunske komore i čvora strojarnice ................................................................. 10

Slika 7 - Vertikalni podizni uređaj .......................................................................................................................... 13

Slika 8 - Strojarnica podiznog uređaja................................................................................................................... 15

Slika 9 - Prikaz nosivih vijaka gornjeg polunosača ................................................................................................ 17

Slika 10 - Prikaz zavara na gornjem nosaču s opteredenjima ............................................................................... 18

Slika 11 - Prikaz zavara .......................................................................................................................................... 18

Slika 12 - Prikaz opteredenja nosivih vijaka gornje ploče ...................................................................................... 20

Slika 13 - Prikaz opteredenja nosivih vijaka konstrukcije ...................................................................................... 21

Slika 14 - Prikaz opteredenja vijaka vertikalnog nosača ........................................................................................ 22

Slika 15 - Prikaz zavara gornje ploče vertikalnog stupa ........................................................................................ 22

Slika 16 - . Prikaz zavara donje ploče vertikalnog stupa ....................................................................................... 23

Slika 17 - Prikaz vijaka donje ploče ........................................................................................................................ 24

Slika 18 - Prikaz opteredenja silom Fs nosive konstrukcije podnice ....................................................................... 25

Slika 19 - Blocstop ................................................................................................................................................. 26

Slika 20 - Profil užnice ............................................................................................................................................ 27

Slika 21 - Prikaz opteredenja ležajeva i osovine .................................................................................................... 28

Slika 22 - Naprezanje gornjeg nosača ................................................................................................................... 29

Slika 23 - Zavar nosivih profila .............................................................................................................................. 30

Slika 24 – Tirak ...................................................................................................................................................... 31

Slika 25 - Emce M2000 ručno vitlo ........................................................................................................................ 32

Page 8: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Popis tehničke dokumentacije

Vertikalni podizni ureĎaj

Vertikalni podizni ureĎaj 100-1

Gornji nosač 101-1

Gornja polunosač 102-1

Gornja dijagonala 103-1

Vertikalni nosač 104-1

Vertikalni nosač ograde 105-1

Rukohvat 106-1

Donji nosač 107-1

Donji polunosač 108-1

Vanjski donji nosač 109-1

Donji polunosač 110-1

Nosač poda 111-1

Obrub 112-1

Ploča 113-1

Donja ploča 114-1

Gornja ploča 115-1

Odstojnik 116-1

Sklop kotača 117-1

Sklop nosača

Sklop nosača 200

Nosač za M2000 vitlo 201

HEA kraći nosač 202

Sklop uţnice_1 203

Nosač uţnice 204

Sklop uţnice_2 205

Kvadratna cijev 206

Odstojnik 207

Page 9: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

HEA dulji nosač 208

Kvadratna cijev_1 209

Kvadratna cijev_2 210

Page 10: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 1

1 Uvod

Potencijalna energija vodene mase koja se koristi pri pretvorbi u kinetičku za vršenje

mehaničkog rada vrlo je velika i nekontrolirana i moţe izazvati velika razaranja. Jedan od

sustava kojem je potrebno posvetiti značajnu paţnju je i sustav zaštite cjevovoda. Veliki

tlakovi na stjenke cjevovoda mogu dovesti do pucanja cijevi što ostavlja velike posljedice. Pri

tome je vaţno da se sustav zaštite cjevovoda, prilikom bilo kakve havarije odradi u što

kraćem vremenu. Zbog takvog nestacionarnog strujanja fluida u visokotlačnim cjevovodima

te njihove kontrole i odrţavanja potrebno je konstruirati i konstrukcijski razraditi vertikalni

transportni ureĎaj za sigurno spuštanje radnika s potrebnom opremom i energetskim

priključcima. Taj transportni ureĎaj mora omogućiti spuštanje i podizanje radnika kroz

cjevovod promjera ø 3750 mm. Cjevovod iza gornje zasunske komore započinje lukom 90°

srednjeg polumjera R≈10 m, na koji se nastavlja ravni vertikalni dio cjevovoda visine h≈210

m, te završava likom polumjera R≈10 m koji dovodi vodu horizontalno u turbinu.

Page 11: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 2

2 Hidroelektrane

Hidroelektrane (HE, eng. hydro power plants, njem. Wasserkraftwerke) su postrojenja u

kojima se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog

strujanja,a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine te, konačno, u električnu

energiju u generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve graĎevine i postrojenja koje

sluţe za prikupljanje (akumuliranje), dovoĎenje i odvoĎenje vode (brana, zahvati, dovodni i

odvodni kanali, cjevovodi itd), pretvorbu energije (turbine, generatori), transformaciju i

razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje

cijelim sustavom (strojarnica i sl).

Slika 1 –Poprečni presjek brane Prančevići

Hidroelektrane se mogu podijeliti prema njihovom smještaju, padu vodotoka, načinu

korištenja vode, volumenu akumulacijskog bazena, smještaju strojarnice, ulozi u

elektroenergetskom sustavu, snazi itd.

Prema smještaju samih postrojenja, odnosno prema vodenom toku čiju energiju

iskorištavaju, hidroelektrane mogu biti:

"klasične", na kopnenim vodotokovima: rijekama, potocima, kanalima i sl.

na morske valove

na morske mijene: plimu i oseku.

Page 12: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 3

Prema padu vodotoka, odnosno visinskoj razlici izmeĎu zahvata i ispusta vode (klasične)

hidroelektrane se mogu podijeliti na:

niskotlačne, s padom do 25 m

srednjotlačne, s padom izmeĎu 25 i 200 m

visokotlačne, s padom većim od 200 m.

Prema načinu korištenja vode, odnosno regulacije protoka hidroelektrane se dijele na:

protočne, kod kojih se snaga vode se iskorištava kako ona dotječe

akumulacijske, kod kojih se dio vode prikuplja (akumulira) kako bi se mogao koristiti

kada je potrebnije

crpno-akumulacijske ili reverzibilne, kod kojih se dio vode koji nije potreban pomoću

viška struje u sustavu crpi na veću visinu, odakle se pušta kada je potrebnije.

Prema načinu punjenja, odnosno veličini akumulacijskog bazena hidroelektrane mogu

biti:

s dnevnom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni po noći, a prazni po danu

sa sezonskom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kišnog, a prazni

tijekom sušnog razdoblja godine

s godišnjom akumulacijom, kod kojih se akumulacija puni tijekom kišnih, a prazni

tijekom sušnih godina.

Prema udaljenosti strojarnice od brane hidroelektrane se dijele na:

pribranske, čija je strojarnica smještena neposredno uz branu, najčešće podno nje

derivacijske, čija je strojarnica smještena podalje od brane.

Prema smještaju strojarnice hidroelektrane se dijele na:

nadzemne, kod kojih je strojarnica smještena iznad razine tla

podzemne, kod kojih je strojarnica smještena ispod razine tla.

Prema njihovoj ulozi u elektroenergetskom sustavu hidroelektrane se mogu podijeliti na:

temeljne, koje rade cijelo vrijeme ili većinu vremena

Page 13: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 4

vršne, koje se uključuju kada se za to pokaţe potreba, npr. za pokrivanje vršne

potrošnje.

Prema instaliranoj snazi (učinku) hidroelektrane mogu biti:

velike

male.

Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi

snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno odreĎeni pa se, na primjer, mogu kretati od

5 kW (u Kini) do 30 MW (SAD-u), dok se kod nas malom smatra HE snage izmeĎu 50 i 5000

kW. TakoĎer valja reći da u nekim zemljama postoji i dodatna podjela hidroelektrana malih

snaga na mikro, mini i male hidroelektrane.

2.1 Osnovni dijelovi hidroelektrane

U osnovne dijelove hidroelektrane ubrajaju se:

brana ili pregrada na vodotoku

zahvat vode

dovod vode

vodostan ili vodena komora

tlačni cjevovod

obilazni cjevovod

turbina

sustav zaštite od hidrauličkog udara

generator

strojarnica

rasklopno postrojenje

odvod vode.

Svi dijelovi koji su pri tome u neposrednom doticaju s vodom, odnosno sluţe za njezino

prikupljanje, dovoĎenje i odvoĎenje te pretvorbu njezine energije nazivaju se zajediničkim

imenom hidrotehnički sustav.

Page 14: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 5

Brana ili pregrada (eng. dam, njem. Sperre) osnovni je dio hidrotehničkog sustava pa i

cijelog postrojenja HE (nerijetko se cijelo hidroenergetsko postrojenje jednostavno naziva

‘branom') i ima trostruku ulogu:

skretanje vode s prirodnog toka prema zahvatu

povišenje razine vode kako bi se povećao pad

ostvarenje akumulacije.

S obzirom na visinu, brane mogu biti visoke i niske, a s obzirom na izradu masivne (npr.

betonske) ili nasute (npr. zemljane, kamene). Niske se brane nazivaju i pragovima, što je čest

slučaj kod malih vodotokova, odnosno kod malih hidroelektrana.

Zahvat vode prima i usmjerava vodu zadrţanu u akumulaciji prema dovodu, odnosno

turbini. Moţe se izvesti na površini vode ili ispod nje. Kada je pregrada niska i razina vode

gotovo konstantna izvodi se na površini, dok se ispod površine i to na najniţoj mogućoj razini

izvodi u slučaju kada se razina vode tijekom godine značajno mijenja. Prolaz vode kroz

zahvat se regulira zapornicima.

Dovod vode je dio hidrotehničkog sustava koji spaja zahvat s vodostanom, odnosno s

vodenom komorom. Ovisno o izgledu okolnog tla i pogonskim zahtjevima, moţe biti:

otvoren (kanal)

zatvoren (tunel), koji moţe biti gravitacijski ili tlačni.

Gravitacijski tunel nije posve ispunjen vodom pa za promjenu protoka vode valja

regulirati zahvat, dok kod tlačnog tunela voda ispunjava cijeli poprečni presjek i za promjenu

protoka ne treba utjecati na zahvat. S gledišta elastičnosti pogona (mogućnosti odgovaranja na

promjene u elektroenergetskom sustavu) tlačni su kanali povoljniji jer bolje mogu pratiti

promjenu opterećenja.

Vodostan ili vodena komora predstavlja zadnji dio dovoda, a sluţi za odgovaranje na

promjene opterećenja. Kada je dovod izveden kao gravitacijski tunel, mora imati odgovarajući

volumen kako se u njemu mogle pohraniti veće količine vode, a kada je tunel tlačni, njegove

dimenzije moraju biti takve da tlak u dovodu ne poraste preko dopuštene granice ili da razina

vode ne padne ispod visine ulaza u tlačni cjevovod.

Page 15: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 6

Tlačni cjevovod dovodi vodu od vodostana do turbina. IzraĎuje se o čelika ili betona

(kod manjih padova), a prema smještaju moţe biti na površini ili u tunelu. Na ulazu u njega

obvezno se nalazi zaporni organ kojim se sprječava daljnje protjecanje vode u slučaju pucanja

cijevi. Ispred glavnog zapornog organa redovito se postavlja i pomoćni, koji omogućava bilo

kakve radove na glavnom bez potrebe za praţnjenjem sustava. Obilazni cjevovod je smješten

na početku tlačnog i sluţi za njegovo postupno punjenje te za izjednačavanje tlaka ispred i iza

zapornog organa.

Vodene turbine ili hidroturbine predstavljaju središnji dio sustava jer sluţe za

pretvaranje kinetičke energije strujanja vode u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine,

odnosno generatora. Ovisno o načinu prijenosa energije vodotoka na njih turbine mogu biti:

impulsne

reakcijske koje mogu biti radijalne i aksijalne.

Turbine se često dijele i prema izvedbi, u pravilu prema imenu konstruktora ili proizvoĎača pa

postoje Francisove, Peltonove, Kaplanove, Bankijeve, Ossbergerove itd.

Sustav zaštite od hidrauličkog udara sluţi za sprječavanje povećanja tlaka preko

dopuštene granice, odnosno vodenog (hidrauličkog) udara u tlačnom cjevovodu. Visina tlaka

pri tome ovisi o vremenu potrebnom za zatvaranje zapora na dnu cjevovoda.

Generator je ureĎaj u kojem se mehanička energija vrtnje vratila pretvara u električnu.

Moţe biti postavljen okomito (kod velikih hidroelektrana) ili vodoravno (kod manjih ili kada

su dvije turbine spojene na jedan generator). Kod crpno-akumulacijskih hidroelektrana uz

turbinu i generator se na istom vratilu nalazi i crpka pa generator moţe raditi i kao motor.

Strojarnica je graĎevina u kojoj su smještene turbine, vratila, generatori te svi potrebni

upravljački i razni pomoćni ureĎaji. Moţe biti izgraĎena na otvorenom, kao samostojeća

zgrada ili ukopana, u tunelu.

Rasklopno postrojenje predstavlja vezu hidroelektrane i elektroenergetskog sustava.

Izvodi se u neposrednoj blizini strojarnice, a tek iznimno (ako je to uvjetovano okolnim tlom)

dalje od nje.

Page 16: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 7

Odvod vode je završni dio hidrotehničkog sustava, a moţe biti izveden kao kanal ili kao

tunel. Sluţi za vraćanje vode iskorištene u turbini natrag u korito vodotoka ili za dovod vode

do zahvata sljedeće elektrane.[1]

Page 17: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 8

3 Hidroelektrana Zakučac

Hidroelektrana Zakučac visokotlačno je derivacijsko postrojenje smješteno na ušću rijeke

Cetine u more, kod grada Omiša. Prema snazi i proizvodnji HE Zakučac najveće je

postrojenje hidroenergetskog sustava sliva rijeke Cetine, na koje otpada oko 69% ukupne

godišnje proizvodnje.

Slika 2 - Pogled na branu Prenčevići i akumulacijsko jezero Prančevići

Slika 3 – Pregledna situacija

Osnova rada HE Zakučac je korištenje voda sliva rijeke Cetine iz dvije daljinske

akumulacije: Peruće i Buškog blata. Akumulacijsko jezero Peruća vrši sezonsko vodno

izravnanje protoka dok akumulacijsko jezero Buško blato vrši potpuno godišnje izravnavanje.

S takve dvije akumulacije, HE Zakučac ima mogućnost vršnog rada u najvećem dijelu godine.

Page 18: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 9

HE Zakučac je graĎena u dvije etape. U prvoj etapi izgradnje, koja je puštena u pogon

1961. Godine, sagraĎeni su brana Prančevići, dovodni tunel s vodnom komorom i tlačnim

cjevovodima, te strojarnica u koju su ugraĎene dvije proizvodne jedinice ukupne snage 216

MW. U drugoj etapi, koja je puštena u pogon 1980. Godine, dograĎeni je drugi tlačni tunel s

vodnom komorom i tlačnim cjevovodima, te dvije proizvodne jedinice ukupne snage 170

MW. Izgradnjom druge etape HE Zakučac praktički su prestali preljevi na brani Prančevići.

Slika 4 - Uzdužni profil postrojenja HE Zakučac

Zahvat vode za HE Zakučac smješten je u kanjon rijeke Cetine u njezinom donjem toku.

Betonskom gravitacijskom branom Prančevići visine 35 m formirano je akumulacijsko jezero

Prančevići duţine oko 5 km, s ukupnom zapremninom 6,8 x 106 𝑚3, koje počinje neposredno

nizvodno od hidroelektrane Đale. Za evakuaciju velikih voda na brani ugraĎene su dvije

preljevne zaklopke duţine 20 m i visine 3 m, s elektromotorom i rezervnim ručnim pogonom.

TakoĎer su ugraĎena dva temeljna ispusta 6 x 4 m sa segmentnim zatvaračima na

elektromotorni pogon. Za slučaj revizije ili popravka glavnog zatvarača postavljene su s

nizvodne strane ţeljezne gredne zapornice, a s uzvodne strane tablasti zatvarač. Ukupni

kapacitet evakuacijskih objekata je 1200 𝑚3/𝑠 što je 1,5 puta više od protoka stogodišnjeg

povratnog razdoblja.

Na desnoj obali Cetine, neposredno uz branu, izgraĎen je ulazni ureĎaj u dva dovodna

tunela, na meĎusobnom razmaku od 45 m. Desni tunel, koji je u pogonu do 1961. Godine ,

dug je 9876 m, promjer mu je 6,1 m, a propusna moć 100 𝑚3/𝑠. Lijevi, koji je u pogonu od

1979. Godine , dug je 9894 m, promjer mu je 6,5 m,a propusna moć 120 𝑚3/s.

Na kraju dovodnih tunela smješten je sustav vodnih komora. Svaki tunel ima vertikalno

okno promjera 6 m i visine 35 m kojim se ostvaruje spoj s otvorenim bazenom Gata. Bazen

Gata sluţi kao gornja ekspanzijska komora. Nizvodno od prvih okana, na udaljenosti oko 230

Page 19: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 10

m, smješteno je zajedničko okno vodne komore, preko kojeg su oba tunela meĎusobno

spojena. Pri dnu okna smještena je donja komora duţine 80 m i promjera 6 m .

Nizvodno od okna druge vodne komore, na udaljenosti od 38 m, smještena je zasunska

komora veličine 9 x 16 x 62,5 m do koje vodi pristupni tunel duljine 293 m. Iz svakog tunela

izlaze po dva tlačna cjevovoda koji ulaze u zasunsku komoru, gdje je na svakoj cijevi ugraĎen

sigurnosni leptirasti zatvarač i zračni ventil.

Slika 5 - Čvor vodne i zasunske komore

Odmah iza leptirastih zatvarača tlačni cjevovodi se vertikalno spuštaju prema strojarnici

svladavajući visinsku razliku od 213,4 m. Duţina svakog tlačnog cjevovoda je 279,30 m,

promjer 3,3-3,5 m,a meĎusobni razmak 15m.

Slika 6 - Uzdužni presjek vodne i zasunske komore i čvora strojarnice

Strojarnica i prostor za transformatore smješteni su u jedinstvenoj podzemnoj kaverni. Do

strojarnice vodi pristupni tunel. U strojarnici su ugraĎene četiri proizvodne jedinice.

Page 20: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 11

Turbine tipa Francis, snage 110,5 MW svaka, instaliranog protoka 50 𝑚3/𝑠 uz

konstruktivni pad turbine 250,4 m,montirane sz u prvoje etapi,dok su u drugoj etapi ugraĎeni

strojevi veće snage. Turbine su istog tipa, ali s većim instaliranim protokom i snagom 60 𝑚3/s

i 138,3 MW, pro konstruktivnom padu turbine 250,4 m. Na difuzore turbina nastavlja se

odvodni tunel koji prelazi u odvodni kanal koji se spaja sa koritom Cetine.

Dva generatora koja su u graĎena u prvoj etapi imaju snagu 108 MW svaki. U drugoj

etapi ugraĎena dva generatora imaju snagu 135 MW svaki. Ukupna instalirana snaga

elektrane je 486 MW.[2]

Opći podaci:

položaj: područje Ţupanije splitsko-dalmatinske, općina Omiš na rijeci Cetini kod

Omiša

tip hidroelektrane: derivacijska

godina početka pogona:

o Zakučac I -1961.

o Zakučac II -1980.

ukupna snaga: 486 MW

Energetski podaci:

instalirani protok: Qi = 220 m3/s (2x50 + 2x60)

konstruktivni pad: Ht = 250,4 m

instalirana snaga turbina: 486 MW (2x108 + 2x135)

maksimalna godišnja proizvodnja: (1980.-2008.) Emax = 2056 GWh (1980.)

srednji energetski ekvivalent: 0,6 m3/kWh

godišna proizvodnja: električna energija = 1448 GWh[3]

Page 21: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 12

4 Čišćenje cjevovoda

Čišćenje metalne površine prije nanošenja zaštitnog premaza, potrebno je učiniti paţljivo,

kako bi se metalna površina očistila od masnoće, ostataka korozije i starog premaza.

Pjeskarenje i sačmarenje (čišćenje mlazom abraziva) je jedna od metoda pripreme

površine, pri ćemu je pjeskarenje tehnološki proces čišćenja tj. obrade metalnih, nemetalnih i

drugih površina do ţeljene čistoće. Čišćenje mlazom abraziva je najbolja metoda ako treba

odstraniti debele slojeve produkata korozije.

Pjeskarenje je jedini mogući način čišćenja velikih objekata (mostovi, metalne

konstrukcije, procesna oprema na otvorenome, brodovi, cjevovodi hidroelektrana i sl.)[4]

Page 22: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 13

5 Vertikalni podizni ureĎaj - zahtjevi

Slika 7 - Vertikalni podizni ureĎaj

Vertikalni podizni ureĎaj je transportni ureĎaj koji mora omogućiti sigurno spuštanje

radnika sa svom potrebnom opremom za kontrolu i odrţavanje cjevovoda(pjeskarenje). Ulaz

u cjevovod je ograničen s promjerom 500 mm te se podizni ureĎaj mora izvesti demontaţno

uz što manju masu.

Transportni ureĎaj se mora raditi u skladu s Europskim standardom EN 14502-1. [5]

Zahtjevi pri konstruiranju nosive konstrukcije su:

dijelovi platforme ureĎaja koji su namijenjeni stajanju ljudi moraju imati najmanju

visinu od 2 m

platforma ureĎaja mora se spojiti s kukom krana fleksibilnim dodatkom za dizanje

tereta koji se sastoji od čeličnog uţeta prema normi EN 13414-1, s faktorom

sigurnosti 10x (teţina košare + nosivost transportnog ureĎaja)

udaljenost poda platforme i vrha kuke ne smije biti manja od 3 m

pod platforme mora biti otporan za klizanje te mora imati ogradu

Page 23: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 14

nosiva platforma mora imati rukohvat promjera 16 – 40 mm koji se nalazi na

udaljenosti 0,075 – 0,1 m od nosivih stupova

rukohvat ne smije biti na visini manjoj od 0,75 m

nosiva platforma mora biti konstruirana na način da pri postavljanju tereta 1,5 puta

većeg od nosivosti transportnog ureĎaja postavljenog na najgoru poziciju na podu,

nagib konstrukcije ne preĎe 20°

nosiva konstrukcija treba biti izraĎena od nezapaljivog materijala

nosiva konstrukcija mora biti zaštićena od korozije

nosiva konstrukcija mora imati kotače radi stabilnosti te kako bi se mogla voditi po

cjevovodu.

nosiva konstrukcija mora biti opremljena sigurnosnim ureĎajem u slučaju prekida

nosivog uţeta.

Page 24: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 15

6 Strojarnica podiznog ureĎaja – zahtjevi

Slika 8 - Strojarnica podiznog ureĎaja

Strojarnica podiznog ureĎaja radi se u skladu sa standardom EN 14502-2. [6]

Zahtjevi pri konstruiranju strojarnice podiznog ureĎaja su :

strojarnice podiznog ureĎaja i njihove kontrole moraju biti sukladne normi EN 13557

pristup strojarnici podiznog ureĎaja sukladan je normi EN 13586

strojarnice podiznog ureĎaja moraju biti konstruirane kako bi se osigurala sigurnosna

udaljenost odnosno kako bi se osiguralo zaštita prema normi EN 953 odnosno normi

EN 349

električna oprema treba biti dizajniranu prema EN 60204-32 normi

maksimalna brzina dizanja/spuštanja platforme ne smije biti veća od 0,5 m/s

vitla moraju biti električki pokretana

vitla moraju biti dizajnirana kako bi dizala teret koji je 125% veći od najveće teţine

tereta

vitlo mora biti dizajnirano kako bi čelično uţe bilo voĎeno kroz vitlo, te uţnice kako

uţe ne bi ispalo iz njegove predviĎene površine

Page 25: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 16

vlačna čvrstoća čeličnog uţeta ne smije biti manja od 1570 𝑁/𝑚𝑚2, te ne smije biti

veća od 1960 𝑁/𝑚𝑚2

čelična uţad mora biti zaštićena od korozije

promjer uţeta ne smije biti manji od 8 mm

sva nosiva uţad treba biti istog promjera, te iste kvalitete

omjer uţnice i bubnja prema promjeru uţeta ne smije biti manji od 20:1

bubanj mora biti izraĎen sa ţlijebovima radi boljeg namatanja uţeta

kod bubnjava kut izmeĎu uţeta i središnjice bubnja ne smije biti veći od 2°(to se

rješava povećavanjem udaljenosti bubnja od uţnice)

Page 26: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 17

7 Proračun

Teţina konstrukcije 𝑄𝑘 = 600 𝑘𝑔

Nosivost transportnog ureĎaja 𝑄𝑡 = 750 𝑘𝑔

Ukupna masa 𝑄𝑢𝑘 = 1350 𝑘𝑔 = 13500 𝑁

Nosivost jednoga stupa 𝑄𝑠 = 𝐹𝑠 = 13500

4= 3375 𝑁

7.1 Proračun vertikalnog podiznog ureĎaja

7.1.1 Proračun gornjeg nosača

7.1.1.1 Proračun vijaka ploče gornjeg polunosača

Slika 9 - Prikaz nosivih vijaka gornjeg polunosača

𝑙 = 1395 𝑚𝑚

𝐹𝑠 = 3375 𝑁

Materijal vijaka : 10.9 ; 𝑅𝑚 = 1000 𝑁

𝑚𝑚 2 ; 𝑅𝑝0,2 = 900 𝑁

𝑚𝑚 2[7],str 113.

Sigurnost 𝑆 = 4 >> 𝜎𝑑𝑜𝑝 =𝑅𝑝0,2

𝑆= 225 𝑁

𝑚𝑚 2

𝑀𝑠 = 𝐹𝑠 ∙ 𝑙 = 3375 ∙ 1395 = 4533750 𝑁𝑚𝑚 - moment savijanja

Page 27: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 18

𝑕 = 210 𝑚𝑚

-opterećenje vijaka momentom 𝑀𝑠 :

𝐹𝑖 =𝑀∙𝑕𝑖

𝑕𝑖2

𝐹 =2∙𝑀𝑠∙𝑕

3∙𝑕2 = 14392 𝑁

𝜎 = 𝐹

𝐴𝑗𝑀16= 99,94 𝑁

𝑚𝑚 2 ≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 225 𝑁

𝑚𝑚 2 - zadovoljava

7.1.1.2 Proračun zavara na gornjem polunosaču

Slika 10 - Prikaz zavara na gornjem nosaču s opterećenjima

Slika 11 - Prikaz zavara

Page 28: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 19

Odabiremo zavar debljine 3 mm – 𝑎 = 3 𝑚𝑚

𝐹𝑠 = 3375𝑁

cos 30° =𝐹𝑕

𝐹𝑢 ≫ 𝐹𝑕 = 𝐹𝑢 ∙ cos 30° = 2814 𝑁

𝐹𝑣 = 𝐹𝑢 ∙ sin 30° = 1625 𝑁

𝑀 = 0

𝐹𝑠 ∙ 1395 − 𝐹𝑣 ∙ 1275 − 𝐹𝑕 ∙ 190 = 1927215 𝑁𝑚𝑚

Smik

𝐹𝑠𝑚 = 𝐹𝑠 − 𝐹𝑣 = 1625𝑁

𝜏𝑠 =𝐹𝑠𝑚

2∙𝑕∙𝑎= 1,692

𝑁

𝑚𝑚2

Savijanje uslijed momenta M

𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 =𝑛𝑚𝑎𝑥

2= 21.59

𝑁

𝑚𝑚 2

𝑛𝑚𝑎𝑥 =𝑀

𝑊𝑥𝑧= 30.54

𝑁

𝑚𝑚 2

𝐼𝑥=𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 + 𝐼4 = 5236640 𝑚𝑚4

𝐼1 = 𝐼3 =𝑎∙𝑕3

12= 1024000 𝑚𝑚4

𝐼2 = 𝐼4 =𝑏∙𝑎3

12+ 𝑏 ∙ 𝑎 ∙ (

𝑕

2+

𝑎

2)2 = 1594320 𝑚𝑚4

𝑊𝑥𝑧 =𝐼𝑥

𝑕2

+𝑎= 63092 𝑚𝑚3

𝜎𝑟𝑒𝑑 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 + 1,8 ∙ 𝜏𝑠 + 𝜏𝑚𝑎𝑥 2 = 37,97𝑁

𝑚𝑚2− 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑖𝑟𝑎𝑛𝑖 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡

Za pogonsku grupu B4 i stupanj zareznog djelovanja K2 uzimamo

𝜎𝑑𝑜𝑝 = 125 𝑁

𝑚𝑚2 7 , str. 51.

𝑆 =𝜎𝑑𝑜𝑝

𝜎𝑟𝑒𝑑= 3,29 – zavar zadovoljava

Page 29: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 20

7.1.1.3 Proračun nosivih vijaka gornje ploče

Slika 12 - Prikaz opterećenja nosivih vijaka gornje ploče

𝑕1 = 225 𝑚𝑚

𝑕2 = 265 𝑚𝑚

𝐹𝑠 = 3375 𝑁

cos 30° =𝐹𝑕

𝐹𝑢 ≫ 𝐹𝑕 = 𝐹𝑠 ∙ cos 30° = 2814 𝑁

𝐹𝑣 = 𝐹𝑠 ∙ sin 30° = 1625 𝑁

𝑀 = 𝐹𝑕 ∙ 𝑕2 = 745710 𝑁𝑚𝑚

Smik

𝜏𝑎 =𝐹

𝐴=

𝐹𝑣

𝐴𝑗𝑀 16= 11,3

𝑁

𝑚𝑚2

Savojno naprezanje

𝐹𝑖 =𝑀∙𝑕𝑖

𝑕𝑖2

Page 30: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 21

𝐹𝑣 =𝑀∙𝑕2

2∙𝑕22 = 1407 𝑁

𝜎𝑠𝑣 = 𝐹𝑣𝐴𝑗𝑀 16

=𝐹𝑣

𝐴𝑗𝑀 16= 9,77

𝑁

𝑚𝑚2

𝜎𝑢𝑘 = 𝜏𝑎2 + 𝜎𝑠𝑣

2 = 14,93 𝑁

𝑚𝑚 2 ≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 225 𝑁

𝑚𝑚 2 - zadovoljava

Napomena uzeta su samo 2 vijka na većem kraku 𝑕2. Ako oni zadovoljavaju,zadovoljavaju i

uz 2 dodana vijka!!!

7.1.1.4 Proračun nosivih vijaka konstrukcije

Slika 13 - Prikaz opterećenja nosivih vijaka konstrukcije

Odrez

𝜎 = 𝐹𝑠𝐴𝑗𝑀 20

= 3250

225= 14,44

𝑁

𝑚𝑚 2 ≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 225 𝑁

𝑚𝑚 2 – zadovoljava

Page 31: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 22

7.1.2 Proračun vertikalnog nosača

7.1.2.1 Proračun vijaka M12

Slika 14 - Prikaz opterećenja vijaka vertikalnog nosača

𝐹1𝑣 = 𝐹𝑠4

= 812,5 𝑁 - nosivost jednoga vijka

Vlak

𝜎 = 𝐹

𝐴𝑗= 𝐹1𝑣

𝐴𝑗𝑀 12= 10,66

𝑁

𝑚𝑚 2 ≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 225 𝑁

𝑚𝑚 2 - zadovoljava

7.1.2.2 Proračun zavara gornje ploče vertikalnog stupa

Slika 15 - Prikaz zavara gornje ploče vertikalnog stupa

Page 32: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 23

a=3 mm - odabrano

Vlak

𝜎𝑣 = 𝐹

𝑎∙𝑕= 3,859

𝑁

𝑚𝑚 2 ≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 125 𝑁

𝑚𝑚 2 - zavar zadovoljava

𝐴𝑧𝑎𝑣 = 2 ∙ 3 ∙ 80 = 840 𝑚𝑚2

7.1.2.3 Proračun zavara donje ploče vertikalnog stupa

Slika 16 - . Prikaz zavara donje ploče vertikalnog stupa

a=3 mm

𝜎𝑣 =𝐹

𝑎∙𝑕= 3,859

𝑁

𝑚𝑚2≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 125

𝑁

𝑚𝑚2

Page 33: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 24

7.1.3 Proračun donjeg nosača

7.1.3.1 Proračun nosivih vijaka donjeg nosača

Slika 17 - Prikaz vijaka donje ploče

Vlak

𝜎 = 𝐹

𝐴𝑗= 𝐹𝑠

𝐴𝑗𝑀 16= 22,56

𝑁

𝑚𝑚 2 - naprezanje u jednom vijku, zadovoljava

Page 34: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 25

7.1.3.2 Proračun nosive konstrukcije podnice

Slika 18 - Prikaz opterećenja silom Fs nosive konstrukcije podnice

𝜎 = 𝐹

𝐴𝑗= 𝐹𝑠

𝐴𝑗𝑀 16= 42,59

𝑁

𝑚𝑚 2 – naprezanje u jednom vijku

Pošto zadovoljavaju 2 M12 vijka koja spajaju nosač poda s vanjskim donjim nosačem

zadovoljavaju i M12 vijci koji spajaju nosač poda s donjim nosačem, odnosno polunosačem.

Page 35: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 26

7.1.3.3 Sigurnosni uređaji

Za sigurnosne ureĎaje izabrana su 2 Tractel-ova Blocstop-a BSO2050[8].

Slika 19 - Blocstop

Page 36: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 27

7.2 Proračun mehanizama za dizanje platforme vertikalnog

podiznog ureĎaja

7.2.1 Dimenzioniranje čelične užadi

𝐴𝑚 = 𝑓 ∙𝑑2 ∙ 𝜋

4

f=0,42 – 0,53 => 𝑜𝑑𝑎𝑏𝑟𝑎𝑛𝑜 𝑓 = 0,46 - faktor ispune

𝐹𝐿 = 𝐴𝑚 ∙ 𝑅𝑚 = 𝑓 ∙𝑑2 ∙𝜋

4∙ 𝑅𝑚 – računska lomna sila[8],

𝑑 ≥ 4 ∙ 𝐹𝐿

𝑓 ∙ 𝜋 ∙ 𝑅𝑚

𝐹𝐿 = 𝑆𝑢 ∙ 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 10 ∙ 13500 = 135000 𝑁

𝑆𝑢 ≥4,5 – faktor sigurnosti za pogonsku grupu 2m – uzimamo Su=10

𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑢𝑘 = 13500 𝑁 − 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙𝑛𝑎 𝑠𝑖𝑙𝑎 𝑢 𝑢ž𝑒𝑡𝑢

𝑑 ≥ 4 ∙ 𝐹𝐿

𝑓 ∙ 𝜋 ∙ 𝑅𝑚=

4 ∙ 135000

0,53 ∙ 𝜋 ∙ 1960= 12,86 𝑚𝑚

Odabrano nerotirajuće čelično uţe promjera d=14 mm HRN C.H1.115 [9]

7.2.2 Izbor užnice

Slika 20 - Profil užnice

Page 37: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 28

r=0.53∙ 𝑑=7,42 mm

𝑕𝑚𝑖𝑛 = 2 ∙ 𝑑 = 20 𝑚𝑚

𝐷 ≥ 𝐷

𝑑

𝑚𝑖𝑛∙ 𝑐𝑝 ∙ 𝑑 = 20 ∙ 1 ∙ 14 = 280 𝑚𝑚

D- promjer bubnja, uţnice i izravnjavajuće uţnice, mjeren kroz središnjicu uţeta, mm;

d – promjer uţeta, mm;

𝑐𝑝=1 - koeficijent pregibanja uţeta, ovisan o broju pregiba(manje od 5)

𝐷/𝑑 𝑚𝑖𝑛 =20 – minimalno dozvoljeni odnos (D/d) za pogonsku uţad

7.2.3 Proračun ležaja užnice

Slika 21 - Prikaz opterećenja ležajeva i osovine

Nosivost leţaja 𝑄𝐿 =𝑄𝑢𝑘

2=

13500

2=6750 N

𝐶

𝑃= 4,23 - za valjne leţajeve uz brzinu vrtnje od 25 o /min i vijek trajanja leţaja od 10000 sati

P=𝐹𝑟 = 6750 𝑁

C=2,26 ∙ 𝑃 = 28522 𝑁 < 𝐶 = 43160 𝑁

Odabran prsteni kuglični jednoredni leţaj 6211![10]

Page 38: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 29

7.2.4 Proračun osovine užnice

𝑀𝐴 = 𝑄𝑢𝑘 ∙ 𝑙 = 13500 ∙ 70=945000 Nmm

l=70mm

𝑑𝑜 ≥ 10 ∙ 𝑀𝐴

𝜎𝑓𝐷𝑁

3

= 10 ∙ 945000

75

3

= 50,13 𝑚𝑚

𝜎𝑓𝐷𝑁 = 75 𝑁/𝑚𝑚2 za čelik Č0645

Odabrana osovina promjera d=55 mm

7.2.5 Proračun nosivih profila strojarnice

Slika 22 - Naprezanje gornjeg nosača

𝜎𝑔𝑛 =𝑀𝑔𝑛

𝑊𝑔𝑛=

9450000

100600= 93,93 𝑁 𝑚𝑚2 – savojno naprezanje gornjeg nosača

𝑀𝑔𝑛 = 𝑄𝑢𝑘 ∙ 𝑙 = 700 ∙ 13500 = 9450000 𝑁𝑚𝑚

𝑊𝑔𝑛 =𝐵 ∙ 𝐻3 − 𝑏 ∙ 𝑕3

6 ∙ 𝐻=

100 ∙ 1503 − 90 ∙ 1403

6 ∙ 150= 100600𝑚𝑚3

𝑆𝑔𝑛 =𝜎𝑑𝑜𝑝

𝜎𝑔𝑛=

355

93,93= 3,77 - sigurnost zadovoljava

𝜎𝑑𝑜𝑝 = 355 𝑁 𝑚𝑚2 -minimalna granica razvlačenja za čelik Č0561

Page 39: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 30

7.2.6 Proračun zavara nosivih profila

Slika 23 - Zavar nosivih profila

𝑙 = 98𝑚𝑚

𝑙1 = 94𝑚𝑚

𝑙2 = 54𝑚𝑚

𝐹𝑡𝑖𝑟𝑎𝑘 = 2200𝑁

𝑄𝑢𝑘 = 13500𝑁

𝑎 = 2𝑚𝑚

Smik

𝜏𝑥𝑚 =𝑄𝑢𝑘

2 ∙ 𝑎 ∙ 𝑙1=

135002 ∙ 2 ∙ 94

= 35,9 𝑁𝑚𝑚2

Savijanje

𝑛𝑚𝑎𝑥 =𝑀

𝑊=

750000

10731= 69,9 𝑁 𝑚𝑚2

𝑊𝑧𝑎𝑣 =𝐼𝑢𝑘

𝑙2

=525837

49= 10731𝑚𝑚3

𝐼𝑢𝑘 = 2 ∙𝑎∙𝑙1

3

12+ 4 ∙

𝑙2 ∙𝑎3

12+ 𝑎 ∙ 𝑙2 ∙ 𝑒2 =525837𝑚𝑚4

𝑀𝑢𝑘 = 𝑄𝑢𝑘 ∙ 300 − 1500 ∙ 𝐹𝑡𝑖𝑟𝑎𝑘 = 750000 𝑁𝑚𝑚2

𝜎┴𝑚𝑎𝑥 = 𝜏┴𝑚𝑎𝑥 =1

2∙ 𝑛𝑚𝑎𝑥 =49,42𝑁 𝑚𝑚2

𝜎𝑟𝑒𝑑 = 𝜎┴𝑚𝑎𝑥2 + 1,8 ∙ 𝜏┴𝑚𝑎𝑥

2 ∙ 𝜏𝑥𝑚2 = 95,377 𝑁

𝑚𝑚2 ≤ 𝜎𝑑𝑜𝑝 = 125 𝑁 𝑚𝑚2

Za pogonsku grupu B4 i stupanj zareznog djelovanja K2 uzimamo

𝜎𝑑𝑜𝑝 = 125 𝑁

𝑚𝑚2 7 , str. 51.

Napomena: u proračunu zavara nisu uzeti V zavari jer dotični kutni zavari zadovoljavaju!

Page 40: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 31

7.2.7 Izbor vitla

Za podizanje odnosno spuštanje vertikalnog podiznog ureĎaja upotrebljava se mobilno

vitlo Tirak tvrtke Tractel nosivosti 3000 kg i debljine uţeta 14 mm[11].

Slika 24 – Tirak

Page 41: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 32

Nadalje, nosiva konstrukcija mora osigurati mogućnost ručnog spuštanja(izvlačenja

radnika) u slučaju nestanka električne energije, šta se osigurava upotrebom EMCE ručnog

vitla M 2000 nosivosti 2000kg [12].

Slika 25 - Emce M2000 ručno vitlo

Značajke Emce ručnog vitla:

Visokoefikasan reduktor

Ručka s centrifugalnom kočnicom

Ručna spojka

Bubanj sa ţlijebovima

Page 42: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 33

8 Zaključak

U ovom diplomskom radu razraĎena je konstrukcija vertikalnog podiznog ureĎaja te

prikladne strojarnice. Pri konstruiranju vertikalnog podiznog ureĎaja morala se velika paţnja

posvetiti dodatnim zahtjevima. Vertikalni podizni ureĎaj morao se raditi u skladu s europskim

standardom EN 14502-1. Nadalje, konstrukcija se morala izvesti demontaţno uz što manju

masu, te se morala zaštititi od korozije šta se izvelo vrućim pocinčavanjem. Strojarnica se

izradila prema europskom standardu EN 14502-2. Daljnji zahtjev strojarnice je mogućnost

ručnog spuštanja u slučaju nestanka električne energije šta se izvelo upotrebom ručnog vitla

M2000 tvrtke Emce. Strojarnica bi se mogla pojednostaviti upotrebom električnog generatora

kojim bi se pokretalo vitlo u slučaju nestanka električne energije:

Page 43: DIPLOMSKI RAD - COnnecting REpositories · Razlika izmeĎu velikih i malih hidroelektrana, odnosno donji i gornji granični iznosi snage u cijelom svijetu pri tome nisu jednoznačno

Diplomski rad Martin König

Fakultet strojarstva i brodogradnje Zagreb, 2010. 34

9 Literatura

[1] http://energetika-net.hr/skola/oie/energija-vodenih-tokova/hidroelektrane#tlacni

[2] Katalog-HEP–proizvodnja d.o.o. PP HE JUG–Split , pogon HE Zakučac

[3] http://www.hep.hr/proizvodnja/osnovni/hidroelektrane/jug/zakucac.aspxCEN –

[4] http://www.ivje.hr/pjeskarenje

[5] CEN – Comite Europeen De Normalisation EN 14502-

[6] CEN – Comite Europeen De Normalisation EN 14502-2

[7] Elementi strojeva, Karl Heinz Decker, Golden marketing, Tehnička knjiga, Zagreb

2006.

[8] Transportni ureĎaji(Prenosila i dizala), Dragutin Ščaš, Zagreb, 2004

[9] http://www.elka.hr/media/katalog/12/celicna_uzad_nerotirajuca_18x7.pdf

[10] SKF katalog leţaja, SKF 1984.

[11] http://www.makkee.com/download/tractel/tirak_gb.pdf

[12] http://www.emce.nl/index.html?main=http://www.emce.nl/productpage/DEM0

03-1.html;jsessionid=710C1ED5782F082336F28DB4C16DB0AA